安森美LED通用照明应用

安森美用于LED灯泡等应用的NCL3008x稳流方案近年来，世界上多个国家制定政策以分阶段淘汰白炽灯泡。

如中国计划于2015 年60W 以上普通照明用白炽灯泡全部淘汰。

荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL) 的能效比白炽灯高，但含剧毒物质汞，存在环保顾虑。

相比较而言，具备环保优势、近年来成本稳步下降的高亮度白光LED 技术已经快速改进，如今在光输出方面已可与CFL 等正面交锋，并且还大幅提升能效及延长使用寿命，适合于白炽灯泡替代等LED 通用照明应用。

LED 灯泡的驱动挑战及常见驱动方法大多数LED 是低压器件，最适合采用恒定电流驱动。

要在通用照明应用中最大限度发挥LED 节能优势，就要采用适合的LED 驱动电路。

以LED 灯泡为例，典型的LED 灯泡包含LED 阵列、驱动电路、散光罩、散热片和螺旋灯头等主要组件。

就驱动电路而言，高能效LED 驱动器IC 无疑是其中的重点。

因为LED 灯泡的形状固定，散热受限，采用高能效LED 驱动器则可帮助将更多电能转化为光能，帮助散热。

此外，由于LED 灯泡空间有限，故须减小驱动电子电路的尺寸以使剩余空间增多，同时增大散热片面积;较大功率的灯泡尤为如此。

不仅如此，LED 正在发生迅速变化，提供多种选择，这对LED 驱动器的选择也构成了挑战。

出于安规、LED 选择等因素，设计人员还须考虑是采用隔离还是非隔离拓扑结构，由此也影响到LED 驱动器的选择。

图1 典型LED 灯泡剖视图一种常见的LED 驱动器拓扑结构是隔离型反激(见图2)。

这种拓扑结构除了提供电气安全隔离以外，还能对LED 串要求的电流进行稳流。

安全低压次级端的电路感测LED 电流及电压，并在安全界限内提供反馈信号，以控制电源转换过程。

次级端元件包括偏置电路、双运算放大器、精密参考、用于反馈的。

安森美半导体通用照明AC-DC LED 驱动器方案LED 通用照明应用通常包括大功率、中等功率和低功率三类，分别采用不同的LED 驱动方案为相应功率的应用提供电源。

安森美半导体提供各种针对通用照明的AC-DC LED 驱动器方案，既有用于低功率的AC-DC LED 驱动器，也有适合大功率的AC-DC LED 驱动器，可满足更高能效、控制架构简单的要求。

常见的LED 照明AC-DC 驱动方案大功率应用为40 至300 W，主要是户外及基础设施应用，包括区域照明(街灯、停车场灯、荧光灯替代、公园及休闲场所灯等)、隧道灯、高顶灯、建筑物;中等功率应用为8 至60 W 的商业及建筑物应用，如户外建筑、冷柜/冰箱灯、洗墙灯、嵌灯、聚光灯(PAR20/30/38)类、装饰性灯具、吊扇灯;低功率为1 至12 W 的住宅及商业应用，包括橱柜内照明、台灯、一体式灯泡(A 型灯)、电器、重点照明。

按照输出功率划分，在1-10 W，安森美半导体提供内置FET 的NCP1010~5(隔离型，能效近80%);在1-15 W，有内置FET 的NCP1027/8(隔离型，能效近80%);1-30 W，有使用外部FET 的LV5026/27/28(非隔离型，能效在85%以上);1-50 W，可以选用使用外部FET 的NCL30000(隔离型，能效85% 以上);40 W 至150 W 可采用使用外部FET 的CCM 降压/升压NCL30001(隔离型，能效在85%以上);功率高达300 W 的应用可以使用CrM PFC + 谐振半桥的NCL30051，能效可达90%以上。

丰富的驱动方案为LED 照明设计师提供了多种选择。

1) 低功率AC-DC LED 驱动器在一些低功率AC-DC 非隔离LED 照明应用中，既要求高功率因数，又。

安森美配合LED通用照明及LED“智能照明”市场发展时至今日，电力需求在不断上升，白炽灯泡被禁止使用迫在眉睫，核电政策却出现了不断变化;虽然荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL)可以节约一定能源，但所使用的汞引发了越来越多的顾虑，估计美国的垃圾填埋场每年处理6 亿个荧光灯，相当于15,000 千克的汞废料;而一茶匙量的汞就可以污染81,000 平方米的湖水。

因此，业界越来越将目光转向更环保的高能效LED 照明。

LED 照明的进展及中国政策动向目前，LED 的特性得到了大幅改善，LED 筒灯和改装灯泡已经拥有比现有技术(白炽灯、卤素灯和紧凑型荧光灯)更高的光效;预计未来几年LED 成本将持续下降，可降低LED 灯泡及灯具的成本;与2010 年的研究相比，LED 价格已经加速下降(每年下降13%至24%)。

在政策方面，世界上多个国家出台政策鼓励LED 照明产业发展。

例如，中国国家发改委近期发布了《半导体照明节能产业规划》，规划到2015 年LED 功能性照明产品市场占有率达20%以上，LED 照明节能产业产值年增长30%左右，2015 年产值达4,500 亿人民币(720 亿美元);而且，到2015 年60 W 以上普通照明用白炽灯泡将全部淘汰。

安森美半导体聚焦通用照明安森美半导体涉足LED 照明的众多细分市场，如汽车、移动设备、LCD 背光和标识，为这些细分市场提供多种不同的LED 照明方案。

例如，在汽车LED 应用中，安森美半导体提供汽车级照明方案，用于汽车中的不同照明子系统，包括前照灯、日间行车灯(DRL)及信号灯;反光镜;雾灯;内部照明(车顶灯、地除了这些应用，通用照明将是安森美半导体在LED 照明市场的发展重点。

就LED 通用照明而言，预计2014 年LED 灯泡下降到10。

安森美半导体应用于LED区域照明的电源、保护及联网高压钠灯(HPS)等高强度气体放电灯(HID)具有光强度高、寿命长等特点，广泛应用于诸如街道照明、停车场及公园等公共场合的区域照明应用。

另一方面，高亮度白光发光二极管(LED)在性能和成本等方面持续改进，非常适合区域照明应用，并且提供一些HID 所不具备的优势，如方向性更好、色彩质量更佳、环保，并且其开启和关闭能够更方便地控制，便于自动检测环境光从而改变亮度；此外，LED 的可靠性也更佳，利于降低维护成本及总体拥有成本。

当然，要在街道和区域照明应用中采用LED 来替代HID 并产生同等的光输出，就要求采用大阵列的LED。

要驱动这些大阵列的LED，设计人员可以选择不同的方案。

另外，不同LED 串的亮度需要保持一致，如果某个LED 发生开路故障，可能造成整串LED 关闭的后果，故需要顾及为LED 串提供保护的方案。

此外，要构建联网的智能化LED 街灯控制系统，也需要采用适合的通信及线路驱动方案。

下文将探讨这些问题及相应的安森美半导体解决方案。

LED 街灯及区域照明驱动电源选择区域照明应用的功率一般高于40 W。

根据应用条件或要求的不同，可以采用不同的电源方案来驱动LED 阵列。

安森美半导体身为应用于绿色电子产品的首要高性能、高能效硅方案供应商，提供用于LED 街灯及区域照明的不同电源方案，满足客户不同需求。

1)基于NCL30001 的电流可调节恒流功率因数校正区域照明LED 电源有些区域照明应用场合要求提供带输入功率因数校正的隔离型稳压输出电压。

这些应用通常采用两段式的电源转换架构，其中的升压功率因数校正(PFC)将交流输入线路电压转换及预稳压为直流400 V 电压，然后提供电压给可以是任何适当拓扑结构的常规直流-直流(DC-DC)转换器(功率不超过150 W 的应用中通常是反激转换器)。

安森美半导体高能效LED 通用照明解决方案通用照明市场常用的光源包括白炽灯、紧凑型荧光灯（CFL ）、线性荧光灯、高强度气体放电灯（HID ） 以及新兴的高亮度发光二极管 （HB LED ）等。

随着人们绿色环保意识的提高，通用照明市场也成为业界致力提高能效的重要目标。

就能效（总输岀流明与输入功率比， lm/W ）而言，不同的通用照明光源中，白炽灯的能效相对白炽灯能效范围介于 10至13 Im/W 之间（总输岀为600至800 Im ），而CFL图1:通用照明光源的发展趋势了 132至136 Im/W ，色温达（4,500-6,000K ）。

实际上，LED 的低压、小体积、定向光、固态器件、长工作寿命等优势，对于通用照明特别具有吸引力。

LED 通用照明系统面临的要求及挑战对于LED 在通用照明中的应用，需要从系统的角度来分析其要求。

总的来看,明系统涉及到LED 光源（紧凑高效，提供宽广范围的色彩和输岀功率）、电源转换（将交流墙式插 座、电池、太阳能电池的电源高效地转换至安全的低压直流电源 LED 进行稳压和控制）、热管理（结点温度控制非常重要，需要分析散热，从而实现更长的工作寿命）及光学器件等。

要开发高能效的 LED 通用照明解决方案， 这几方面的要求都非常重要。

其中， 本文主要讨 论LED的控制和驱动，同时也会在下文的太阳能供电街灯照明示例中结合讨论高效的电源转换 问题。

对于LED 驱动而言，它面临的主要挑战就在于 LED 的非线性。

这主要体现在 LED 的正向电较低，标准60 W 的典型能效达55 至 60 lm/W(由于光损耗，55 lm/W 的CFL 灯具的净能效仅在 28至50 lm/W 之 间）。

其它的光源, 如金属卤素 HID 灯能效约在80 Im/W ，但在灯光投射路径上会有大量的损耗。

相比较而言, LED 拥有着越来越高的能效，业界近期宣称的最强的白光LED 研发能力达到LED 通用照 ）、控制和驱动（米用电子电路对油訂3压会随着电流和温度而变化，不同 LED 器件的正向电压会有差异， LED “色点”会随着电流和温度而漂移，而且LED 必须在规范要求的范围内工作从而实现可靠工作。

安森美半导体高能效AC-DC LED通用照明方案拓宽您的设计选择-电气论文安森美半导体高能效AC-DC LED通用照明方案拓宽您的设计选择在节能、环保及全球LED照明迅猛增长的趋势下，LED球泡灯等已几乎家喻户晓，而随着相关技术的进步，LED成本及性能水准已大幅提升。

安森美半导体专注于运用在电源管理方案方面的专知和技术，克服固态照明的挑战，提供LED照明应用的完整方案，涵盖高低功率因数、隔离或者非隔离拓扑结构、调光以及非调光的应用等，并利用在工业应用的经验和专长，不断开拓新兴的智能照明市场，推出有线及无线通信系列产品(PLC、KNX )、环境光及无源红外(PIR)传感器、以太网供电(PoE)控制器等，满足不同的应用需求，推动LED照明市场的发展和进步。

本文将重点介绍安森美半导体近期于AC-DC 通用照明新增的产品系列及智能照明方案。

功率因数校正(PFC)初级端控制LED驱动器针对筒灯、线性管/LED灯泡替代、电子控制装置、LED照明引擎及智能照明等要求高功率因数、低谐波失真的最高60 W功率的单段式设计应用，安森美半导体推出LED驱动器系列NCL30085、NCL30086、NCL30088，利用PFC 初级端电流控制算法，当采用准谐振(QR)模式工作时提供高能效。

以NCL30088为例，它支持隔离反激、降压-升压、单端初级电感转换器(SEPIC) 拓扑结构，功率因数(PF)典型值高于0.98，无需光耦，能单独从初级端实现精密稳流(精度典型值土2提供线性前馈补偿，宽VCC范围支持宽正向电压应用，低启动电流典型值13 uA，可工作于-40 C至125 C的宽工作温度范围，基于负温度系数(NTC)的电流热反走可防止LED驱动器在恶劣环境下过热，并内置一系列强固的保护特性，包括：LED串开/短路保护、逐周期限流、输出二极管短路保护、VCC偏置电压和欠压保护、电流感测电阻短路保护及自动恢复或闩锁故障处理。

几种安森美半导体高能效LED照明方案及设计参考随着能源价格的进一步走高和环境问题的增多，世界各国纷纷致力减少温室气体排放，加快了用LED替代对环境有影响的紧凑型荧光灯（CFL）和线性荧光灯（LFL）的步伐。

截至目前，世界上许多国家和地区都公布了白炽灯“隐退”的时间表和路线图。

中国禁用（禁售）白炽灯计划也于日前出炉。

国家发改委等部门联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，决定从2012年10月1日起，按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。

LED以其寿命更长、优异的色彩组合、节能及符合环保要求，已成为照明革命的关键动力。

近年来，LED成为了增长速度最快的半导体市场之一，5年年复合增长率达到19.3%，预计2013年市场总值可达124亿美元，见图1。

图1：LED市场增长动力及趋势高亮度LED的光输出、能效及成本正在迅速改善，使其应用范围不断扩大。

根据LED的工作电压可以划分为三个功率等级：0.9V至7V（手机和移动设备）、7V至60V（汽车和LCD 背光）和60V至700V（通用照明）。

这当中市场成长潜力最大的是汽车、LCD背光和通用照明。

汽车应用主要包括氖灯替代、应急车辆灯、组合尾灯、仪表盘照明、信息娱乐、内部照明、中央高位刹车灯、前照灯、停车灯等；LCD背光主要包括大屏幕液晶电视、中等屏幕的笔记本、GPS、相框、上网本等；通用照明主要有离线LED驱动器/镇流器、街道/区域照明、替代灯泡、替代荧光灯、交通信号灯、工作照明、景观照明、建筑物照明等。

不难看出，今后LED 照明将逐步进入到更多的应用领域。

安森美半导体的高能效LED照明方案利用先进技术以更少电能执行相同甚至更多的任务，进一步提升能效一直是安森美半导体不懈的追求。

安森美半导体针对高能效LED应用开发了丰富的产品及方案，可以应对LED 照明应用的多种挑战，如提高功率密度、实现功率因数校正、提高整体可靠性、输入电源范围更宽、满足空间受限及特定照明要求（如三端双向可控硅开关元件（TRIAC）调光）等。

安森美半导体低压便携及中等电压LED通用照明方案发光二极管(LED)光输出持续提升，彩色及白光高亮度LED应用已扩展至全新的市场领域。

LED已开始替代白炽灯、荧光灯，用于汽车、涵盖智能手机到液晶电视的消费电子、建筑物照明及通用照明等应用。

未来，LED将继续以其可编程能力和灵活性及创新的固态照明(SSL)方案改变照明市场。

LED是低压器件，根据色彩及电流不同，LED正向电压可介于2V至4.5V之间，并以恒定电流驱动，以确保所要求光强度和色彩。

这要求电源转换及控制方案连接不同电源，甚至是电池。

安森美半导体分别为低压便携式和中压LED通用照明提供优化的驱动器方案，以满足不同应用的照明需求。

低压便携LED驱动器拓扑及安森美半导体解决方案小型彩色LCD面板、键盘及指示灯背光广泛采用白光LED及RGB三色LED。

智能手机及数码相机则采用高亮度LED作闪光光源。

这些应用要求能将电池使用时间延至最长并将PCB面积和高度减至最小。

安森美半导体提供使用线性、电感及电荷泵拓扑的各种方案。

电感型方案总能效最佳;电荷泵方案使用低高度陶瓷电容，空间及高度最小;线性方案很适合彩色指示灯及简单背光应用。

1)电感升压及降压拓扑方案针对驱动低电压便携式设备背光和电筒/闪光应用的白光LED，安森美半导体提供采用PWM调光的不同产品。

升压产品的输出电流从20 mA到800mA，包括CAT37、CAT32、CAT4238、CAT4237、CAT4238、LV52204、LV52206、CAT4137、NCP5005、CAT4139、CAT4240和、NCP1422。

电感降压产品NCP1529的输出电流为1A。

例如，LV52204是应用于智能手机的单通道高压及高能效LED背光升压驱动器IC，输入电压为2.7 V至5.5 V，提供40V输出电压并控制10颗LED。

其引脚与市场上流行产品兼容，可轻易替代。

2)电荷泵拓扑方案安森美半导体拥有专利的四模(Quad-Mode®)自适应分数型电荷泵方案，可提供电感型LED驱动器的高能效水平，去掉了高厚度电感及有害的电磁干扰(EMI)。

安森美：LED在照明领域大有可为机遇及挑战：•O不是LED的拦路虎•价格不是LED的开展瓶颈•LED照明应用还在不断开展市场数据：•全球照明能耗还将增加1/3，亚洲地区的照明能耗将增加50%•由LED节能带来的潜在能量可到达三峡大坝输出电量的2倍•就背光液晶电视领域来说，3年后的市场份额将到达50%“以一盏普通的100w白炽灯为例，有95W的功耗是用在发热上面，而真正流动到照明环节的能耗只占总能耗的5%左右，〞安森美半导体LED通用照明及电源营销总监Laurent Jenck近日对及非网记者说道。

“照此比例，再按照近期世界能源组织公布出来的照明用电占全球用电总量19%的〔相当于500 个发电站的发电总量〕比率推算，全球有多少个夜以继日的发电站是在做无用功？〞“而且，随着人们用电需求的增加，这种趋势还在愈演愈烈，据统计，全球照明能耗还将增加1/3，亚洲地区的照明能耗将增加50%，〞Laurent 忧心忡忡。

解决这种电能需求及产品生产转换水平严重失衡的最好方法就是提升能效，如选用低功耗设计材料、提高产品环保指标等。

具体到照明领域，那么是通过选择类似LED等新兴节能照明解决方案来改善。

Laurent Jenck 指出，LED 技术的成功源自于其卓越的技术性能与消费电子产品的快速开展。

LED 外形小巧，且极其节约能源，这是推动LED 技术开展壮大的两大主要因素。

目前在汽车、移动设备、LCD背光、可寻址标志以及通用照明等领域到处都能发现LED的身影。

“在中国市场，由LED节能带来的潜在能量可到达三峡大坝输出电量的2倍，未来4年整体销售额还将升至现有水平的3~5倍，〞他说。

及传统光源相比，LED具有极高的光效。

Laurent Jenck 介绍，普通白炽灯的光效为10 lm/W，卤素灯的光效约为20 lm/W，而今天LED元件光效已经到达80lm-100lm/w，未来还将提升到150lm/w。

此外，LED还具备使用寿命长、容易、无汞与设计自由度高等特点。

1 W 至8 W LED 通用照明应用要求及方案
在1 W 到8 W 的低功率LED 通用照明方面，典型应用如G13、GU10、PAR16、PAR20 和嵌灯等。

这类应用的输入电压范围在交流90 至264 V 之间，恒流输出电流包括350 mA 和700 mA 两种，能效要求为80%，并要求提供短路保护和过压保护等保护特性。

在这类应用中，可以采用安森美半导体的NCP1015 自供电单片开关控制
IC。

这器件集成了固定频率(65/100/130 kHz)电流模式控制器和700 V 的高压MOSFET，提供构建强固的低成本电源所需的全部特性，如软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电功能(无需辅助绕组)等。

值得一提的是，NCP1015 在1 W 到8 W LED 照明应用中，既可以用于隔离型方案，也可用于非隔离型方案，满足客户的不同应用需求。

这两种方案的成
本差不多。

但隔离型方案采用变压器实现电气隔离，方案中包含简单的反馈电
路和用于负载开路及故障保护的钳位电路，安全性高，更适合于需求通过安规
认证的应用。

非隔离型方案采用抽头电感来隔离交流信号，能提高MOSFET
工作的占空比，提高系统能效及电路性能。

图1：基于安森美半导体NCP1015 的1 至8 W 隔离型(a)及非隔离型(b) LED 照明方案。

上述基于NCP1015 的隔离型及非隔离型方案均不含PFC，但安森美半导体
也提供含PFC 的NCP1015/NCP1014 方案，为客户提供更多选择。

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安森美半导体AC-DC LED通用照明方案根据市场研究机构的预估，到2015年中国LED通用照明需求将达100亿美元，2020年将达220亿美元。

LED照明逐步取代传统照明是大势所趋。

不过，LED通用照明有许多挑战，如功率密度、功率因数校正（PFC）、空间受限和可靠性等。

安森美半导体致力于为LED照明提供宽广阵容解决方案，推出各种符合最新LED照明标准的产品，包括用于通用照明的AC-DC LED驱动电源方案。

通用照明挑战及交流主电源供电LED驱动器拓扑由于LED总光效要求及散热限制，能效对低功率应用尤其重要；许多情况下，即使是较低功率应用也要求功率因数校正和谐波处理；在空间受限应用中，特别是替代灯泡应用，要求有很高的驱动功率密度；总体电源可靠性对整个灯的寿命非常重要；宽输入电源电压范围应支持高达277 Vac；兼容TRIAC调光等要求。

此外，LED通用照明还要符合演进的标准及安全规范，如能源之星和IEC要求。

根据应用要求（尺寸、能效、功率因数、功率、驱动电流）不同，以交流主电源驱动LED 有多种拓扑。

安森美半导体提供各种电源方案，可用于各种照明应用。

图1：不同交流主电源供电LED驱动器拓扑结构安森美半导体LED通用照明AC-DC解决方案1）功率因数校正方案采用安森美半导体的NCP1611或NCP1612的160 W功率因数校正（PFC）升压方案采用非隔离升压拓扑，轻载能效高于传统CrM PFC；无须额外元件，可靠性及安全性高。

该方案采用电流控制频率反走（CCFF）CrM，有升压或旁路二极管短路保护、引脚开路/短路保护、优化的瞬态响应、软过压保护、输入欠压检测、低总谐波失真配置、过热关闭等特性。

这类PFC方案还包括NCP1607、NCP1608、NCP1615和NCP1654（非隔离升压）；NCL30000（隔离单级反激、非隔离降压）；NCL30001（隔离单级反激）；NCL30002（非隔离降压）；。

安森美半导体智能LED街灯及楼宇照明通信、控制及保
护方案
智能照明(Smart Lighting)涉及通信和传感功能，能够进行远程控制(开启或关闭、调光或改变颜色)和监控(远程诊断)建筑物、街道或家里的一个或多个灯具。

智能照明也为灯具提供信息，使它能根据使用或环境光线等情况进行亮度调节。

另一方面，高亮度白光LED 非常适合区域照明应用，具有方向性
更好、色彩质量更佳、环保等特点，并且能够更方便地控制其开启和关闭，便于自动检测环境光来改变亮度，使其在智能LED 街灯等应用中越来越受瞩目。

智能照明的通信可用无线或现有的电力线基础设施实现。

电力线是世界上最大的铜基础设施，家庭或办公楼的每个角落都有电源插座，使之成为一个覆盖范围极为广泛的网络。

鉴于所有照明灯具都是连接到电力线将电力转换成光，电力线通信(PLC)已成为智能照明主要通信和控制链路的合理途径。

安森美半导体利用其先进半导体技术，推出了针对智能照明的包括通信、传感器、KNX 收发器及保护解决方案，有助于以更少电能执行相同甚至更多的任务，进一步提升能效，节约能源。

例如，利用安森美半导体的PLC 调制解调器(如AMIS-49587)、PLC 线路驱动器(如NCS5650)和诸如NOA1302 这样的环境光传感器，可基于电力线轻松构建联网型LED 街灯智能控制系统，有助于市政、电力公司和商业企业
远程调节路灯的光输出，减少其路灯网络的整体能耗。

此外，在楼宇智能温度调节及灯光控制应用中，也可在双绞线布线上使用安森美半导体的KNX 收发器，利用KNX 网络进行照明控制。

电力线通信有助于公用事业公司为其配电网络增加更高级别的功能，从而让。

安森美的LED照明应用半导体电源解决方案-流明无限LED灯具设计工作室与传统的光源相比，发光二极管(LED) 具备众多的优点，如工作电压低，能效高，很小巧并产生定向光。

它们能够提供极宽广的色彩以及白光，不产生红外(IR)或紫外(UV)辐射，而且由于它们是固态器件，在机械上很强固，并且不含汞，在恰当设计和使用时能够具有超过5 万小时的工作寿命，远长于标准白炽灯的 1 千小时寿命。

此外，它们还完全可调光。

这些优点使得 LED 的应用越来越广泛，如今已拥有众多的应用市场，如建筑景观照明、交通信号灯、显示屏、零售、中小尺寸液晶显示屏(LCD)背光、汽车和太阳能等，并在街道照明、住宅照明乃至中大尺寸 LCD 背光方面拥有越来越大的发展空间。

高亮度LED 对于照明设计、全球能源节省和创新产品具有重大意义，对催生固态照明革命至关重要。

这种革命需要一种整体性的途径，在这其中，LED 与电源转换和控制电子器件以及热管理解决方案和光学器件集成在一起。

LED 照明应用的电源解决方案如上所述，LED 本质上是低电压器件；根据色彩和电流的不同，LED 的正向电压介于不足 2 V 至 4.5 V 之间。

此外，LED 需要采用恒定电流来驱动，从而确保获得所需的发光亮度和色彩。

这就需要相应的电源转换和控制解决方案能够适应不同的电源，无论是交流线路、太阳能板、12 V 汽车电池、直流电源或低压交流系统，甚至是基于碱和镍的电池或锂离子电池。

作为一家全球领先的高能效电源半导体供应商，安森美半导体专注于运用自身的低电压和高电压技术以及在电源管理解决方案方面的专长来应对LED 照明所面临的挑战：无论是便携显示产品、汽车内部照明或 LED 信号灯的镇流器。

在下文中，我们将结合LED 照明的多种不同应用，如建筑、工业、汽车和便携应用等，讨论安森美半导体相应的驱动电源解决方案。

1) 可集成最高 700 V 高压 FET 的离线型 AC-DC 开关电源解决方案安森美半导体在将电源从交流主电源转换为功率等级在几瓦至几百瓦范围之间、适合多种不同应用的可用能源方面拥有丰富的经验。

安森美半导体针对不同应用的先进LED驱动器方案据悉也预备在2010年发布中国版本的LED照明能效标准。

以电灯泡和荧光灯管替代、嵌灯、街灯及停车灯、工作照明灯(台灯、橱柜内照明)、景观照明、广告牌文字、建造物照明等通用照明市场为例，估量当前LED照明应用比例不足1%，市场规模也相对较小，但预计到2012年，LED驱动器及相关分立器件的市场规模将从2008年的约6.88亿美元增长至13.08亿美元，年复合增长率高达17.4%。

安森美半导体有适用于不同功率AC-DC供电的LED通用照明计划，笼罩宽广的功率范围。

1)1 W至8 W计划1 W至8 W的低功率LED通用照明应用包括G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌灯等。

这类应用的输入范围在沟通90至264 V之间，恒流输出包括350 mA和700 mA两种，能效要求为80%，还要求提供短路和过压庇护等特性。

这类应用可以采纳安森美半导体的NCP1015自供电单片开关控制IC。

该器件集成了固定频率(65/100/130 kHz)电流模式控制器和700 V的高压，具备构建强固的低成本电源所需的所有特性，如软启动、频率颤动、短路庇护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电功能(无需辅助绕组)等。

NCP1015既可用于隔离型计划，也可用于非隔离型计划，见图1。

图1：基于NCP1015的1 W至8 W隔离型(a)及非隔离型(b)LED照明计划值得一提的是，“能源之星”新版固态照明标准的一个重要特点是要求多种住所照明产品的功率因数最低达到0.7。

这类LED照明应用的功率普通在1 W至12 W，最相宜采纳隔离型反激电源拓扑结构。

但是，现有标准设计技术的功率因数通常不到0.6。

要充实功率因数，轻松符合“能源之星”要求，可结合优化的NCP1014LEDGTGEVB评估板，采纳安森美半导体的离线型8 W LED驱动器参考设计。

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安森美半导体LED控制应用及方案随着LED 在发光性能、成本等几乎各个方面的改进，LED 的应用范围越来越广，但在各应用领域渗透的比例高低不一。

如可寻址标志和建筑物照明这样的商业应用领域中，LED 凭借在色彩、总体拥有成本、工作寿命、可靠性和便利性方面的优势，应用非常广泛。

如在建筑物装饰照明应用中，使用LED 可在建筑物外墙上营造出丰富的色彩，及更好地彰显建筑物的结构。

在移动标志应用中，还可以实时更新交通显示屏、视频安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商，针对各种LED 应用提供宽范围的LED 驱动器方案，其中就包括用于可寻址标志和建筑物装饰照明两类常见应用的系列线性驱动器(详见下表)。

这些驱动器能够精确地稳定LED 电流，并包含可编程接口，利于软件控制。

本文将以CAT4008、CAT4103 和CAT9552 为例，分别阐述其主要功能和基本工作原理，便于工程师的选型设计。

针对LED 广告牌等应用的恒流汲入型LED 驱动器诸如广告牌标志、滚动横幅、智能车辆标志和体育计分板等LED 应用需要采用多颗LED，通常包含多串LED，要求LED 驱动方案提供恒定的光输出，不同通道间的电流匹配精度要高，要提供易用的接口来控制不同LED 通道，并且要具备可靠的保护功能。

安森美半导体针对这类应用的方案包括CAT4008 和CAT4106 等恒流LED 汲入型驱动器，其中前者支持8 通道，后者支持16 通道。

以CAT4008 为例，典型LED 通道匹配精度达±1.5%，且LED通道能够在输出电压低至0.4V(当LED 电流为2~100 mA 时)时保持稳流状态，在应用设计中可以此实现更高的电源效率。

速度高达25MHz 的高速、四线(4- Wire)串行接口通过移位寄存器和锁存架构控制8 通道中的每一个LED 通道。

低功率LED通用照明设计挑战暨安森美半导体高能效方案近年来，照明已经成为世界各国推动节能环保所瞄准的一个重要领域。

据统计，全球每年约有20%的电能用于照明，这些电能中又有约40%用于低效的白炽灯照明。

而随LED在光输出性能、成本等几乎各个方面的持续改进，LED通用照明已经成为白炽灯等传统照明的一种极引人注目的替代解决方案。

典型的LED通用照明应用包括电灯泡和荧光灯管替代、嵌灯、街灯及停车灯、工作照明灯(台灯、橱柜内照明)、景观照明、广告牌文字电路、建筑物照明等。

LED街灯的功率较高，一般在50 W至300 W之间；LED建筑物及区域照明应用的功率一般在40 W到125 W之间，属于中等功率范围；30 W以下的可统称作低功率LED照明应用，包括特定指向照明，如橱柜内照明、嵌灯、射灯PAR20/30/38灯光替代、台灯等，以及全向照明，如重点照明、家电、通用照明A型灯替代、装饰性灯具及吊扇灯等。

本文将重点探讨30W以下功率的低功率LED通用照明应用，以及安森美半导体相应的高能效方案。

图1：常见低功率LED照明应用。

低功率LED照明应用选择驱动器须考虑的因素LED驱动器的主要功能，就是在工作条件范围下限制电流，而无论输入及输出条件如何变化。

其应用设计面临多种限制条件，如高能效(低损耗)、高性价比、宽环境条件、高可靠性、灵活、符合电磁干扰(EMI)及谐波含量等方面的标准、可改造用于已有应用及能采用传统控制方式工作等。

要为低功率LED应用选择适合的驱动器并不容易，需要顾及不同的因素。

例如，商业和住宅市场对LED灯具在工作温度、使用时长、性能及“能源之星”等行业标准方面的要求并不相同。

此外，灯泡替代应用也存在着独特挑战，如LED电源及驱动器的热度限制、尺寸受限及兼容的调光技术等。

就LED通用照明适用的标准而言，主要有美国“能源之星”要求的功率因数校正(PFC)标准以及欧盟的国际电工委员会(IEC)对总谐波失真的限制标准。

安森美半导体高能效LED通用照明解决方案2009-05-13 点击:2024通用照明市场常用的光源包括白炽灯、紧凑型荧光灯(CFL)、线性荧光灯、高强度气体放电灯(HID)以及新兴的高亮度发光二极管(HB LED)等。

随着人们绿色环保意识的提高，通用照明市场也成为业界致力提高能效的重要目标。

就能效(总输出流明与输入功率比，lm/W)而言，不同的通用照明光源中，白炽灯的能效相对较低，标准60 W白炽灯能效范围介于10至13 lm/W之间(总输出为600至800 lm)，而CFL的典型能效达55至60 lm/W(由于光损耗，55 lm/W的CFL灯具的净能效仅在28至50 lm/W之间)。

其它的光源，如金属卤素HID灯能效约在80 lm/W，但在灯光投射路径上会有大量的损耗。

图1：通用照明光源的发展趋势相比较而言，LED拥有着越来越高的能效，业界近期宣称的最强的白光LED研发能力达到了132至136 lm/W，色温达(4,500-6,000K)。

实际上，LED的低压、小体积、定向光、固态器件、长工作寿命等优势，对于通用照明特别具有吸引力。

LED通用照明系统面临的要求及挑战对于LED在通用照明中的应用，需要从系统的角度来分析其要求。

总的来看，LED通用照明系统涉及到LED光源(紧凑高效，提供宽广范围的色彩和输出功率)、电源转换(将交流墙式插座、电池、太阳能电池的电源高效地转换至安全的低压直流电源)、控制和驱动(采用电子电路对LED进行稳压和控制)、热管理(结点温度控制非常重要，需要分析散热，从而实现更长的工作寿命)及光学器件等。

要开发高能效的LED通用照明解决方案，这几方面的要求都非常重要。

其中，本文主要讨论LED的控制和驱动，同时也会在下文的太阳能供电街灯照明示例中结合讨论高效的电源转换问题。

对于LED驱动而言，它面临的主要挑战就在于LED的非线性。

这主要体现在LED的正向电压会随着电流和温度而变化，不同LED器件的正向电压会有差异，LED“色点”会随着电流和温度而漂移，而且LED必须在规范要求的范围内工作从而实现可靠工作。

配合各种中等电压通用照明应用的安森美LED驱动器方案许多中等电压LED 应用都是采用离线AC-DC 电源、电池或有低电压AC 输出的电子变压器供电。

但一些这样的电源，如铅酸蓄电池，只经过了简单的稳压。

因此，需要有一个可以在宽输入电压范围工作，并可以用各种拓扑结构配置的LED 驱动器解决方案，以支持LED 负载要求。

根据LED 的电流和工作条件，可以采用线性或开关稳压器LED 驱动器解决方案。

安森美半导体为中等电压LED 应用提供多种拓扑结构的解决方案，可满足景观照明、低压轨道灯、太阳能供电照明、汽车照明、紧急车辆照明、船舶照明、12 Vac/Vdc MR16 灯、飞机内饰照明、标志背光、广告牌文字电路和标志等各种通用照明需求。

图1：LED 景观照明示例中等电压LED 通用拓扑结构及电源中等电压LED 照明应用需要优化的驱动器方案。

安森美半导体提供电感型、电荷泵型、线性三种不同拓扑结构的中等电压LED 驱动器方案，可满足用户不同的应用需求，见图1。

图2：三种拓扑结构示例中等电压LED 应用的电源有几种，各有其主要用途。

其中，离线AC 稳压适配器，常见电压为12、24、36、48 Vdc，稳压精度达±5%，适合安全要求不高的低到中等功率的应用。

密封铅酸蓄电池，只经过简单的稳压，8 至14 Vdc，广泛用于汽车照明;7-27 Vdc，用于汽车、太阳能、船舶照明。

12 Vdc 及12 Vac 电源，常见于室内照明、轨道灯、户外照明、景观照明等。

安森美半导体中等电压LED 通用照明解决方案1)线性LED 驱动器解决方案。

安森美照明解决方案带给汽车驾驶者乐趣和舒适感随着汽车工业的发展，越来越先进的照明技术在汽车上正得到更多应用。

其中，发光二极管(LED)照明具有卤素灯和氙气灯无法比拟的优点，如寿命长、响应时间快、节能环保等，加快了在汽车照明中大量采用的步伐。

安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商，以先进半导体技术为依托，持续致力于汽车前照灯、仪表盘背光、内部照明、车门照明及尾灯等汽车照明应用提供包括标准及定制产品在内的丰富方案，如步进电机驱动器、LED 驱动器、氙气灯驱动器、卤素灯驱动器、LED 背光驱动器等；尤其是在前照灯调整和偏转用氙气灯驱动专用集成电路(ASIC)和成为事实标准的步进驱动器方面领先市场。

汽车前照灯发展趋势目前路上行大多数汽车配备的前照灯仍为卤素灯，主要提供远光灯和近光灯(HB)功能。

其中，近光灯的典型功耗为55 W，光输出约为1,000 流明。

相比较而言，推出已有10 多年的高强度气体放电灯(HID)技术的功耗为35 W，光输出约为3,500 流明。

由于HID 灯发光强度高，有令对向接近汽车驾驶员眩目的风险，出于安全考虑，一些国家要求近光灯带有水平位置自动调节功能，并附带高压清洗装置。

随着时间的推移，越来越多HID 灯将会把远光灯功能融入到双氙气灯方案中。

由于节能方面的要求日趋严苛，虽然卤素技术仍在用于前照灯照明，汽车设计越来越多地转向了LED 照明。

LED 照明可提供增强的造型选择，实现“即时”照明，允许从0％到100％功率的亮度控制。

汽车前照灯应用的另一个重要趋势，就是自适应前照灯系统(AFS)提供光束偏转功能以优化弯道照明，以及自适应前照灯(ADB)以根据实际环境实时调整光束。

步进电机则为AFS 和ADB 提供控制功能。

安森美半导体为汽车前照灯照明应用提供宽广阵容的产品，从一般灯泡驱动器方案到步进驱动器、LED 驱动器和氙灯驱动器等，不一而足。

图1：安森美半导。